[摘要] 随着自动扶梯进一步向着高科技、节能、智能化的方向发展，变频器在扶梯领域也被广泛地应用。由西门子MM440变频器和可编程控制器（PLC）构成的变频调速系统对传统扶梯进行节能改造后, 能够有效节约能源, 降低运行成本。本文对节能改造方案进行了设计和分析。
　　[关键词] 变频控制 功能参数 节能分析
　　
　　目前，自动扶梯的节能运行是变频器应用的热点领域之一。自动扶梯广泛应用于大型商场、超市、机场、地铁、宾馆等场合。大多数扶梯在客流量大的时候，工作于额定运行状态，在空载时仍以额定速度运行，具有耗能大，机械磨损严重，使用寿命低等缺点。采用MM440变频器组成的变频控制系统，可以很好地解决这些问题。MM440是一种高性能的矢量变频器，由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。而且采用脉冲频率可选的专用脉宽调制技术，可使电动机低噪声运行。全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。采用MM440变频器组成的变频控制系统，扶梯开始运行时通过变频器启动，当扶梯达到额定速度运行后，如无乘客乘梯，扶梯由额定速度自动降为约四分之一额定速度爬行（如扶梯在四分之一额定速度下运行很长一段时间仍无人乘梯，则扶梯会自动平缓地停梯，该功能可自行设定，考虑到若顾客看到扶梯停止，误认为扶梯出现故障而不用扶梯，建议不采用这种功能）。如安装在扶梯出入口处的传感器检测到有乘客乘梯，则扶梯速度马上平缓地升至额定速度，如乘客继续进入扶梯，扶梯将一直以额定速度正常运行。
　　一、系统设计
　　1.系统性能特点:(1)改造中为了便于系统故障时不影响用户的使用，所以在保留原系统(工频系统)的基础上增加变频系统，并且可以实现工频－变频的切换。
　　(2)无乘客时，电梯低速运行，当有乘客到达入口时，电梯自动转入全速运行。即应用变频调速可以进行电机软启动；乘客离开电梯后若再无乘客，则电梯自動转回低速运行；启动、停止或速度转换平稳顺畅，舒适性较好；当扶梯处于下行状态时，电机进入发电状态，能量回馈电网，此时电机不受变频器控制。
　　(3)扶梯空载时电流仅为空载时额定速度运行电流的三分之一，节能效果明显。由于无人乘梯时节能运行时速度很低，机械部分的磨损大大降低，相对延长了扶梯的使用寿命。
　　(4)检修运行时，扶梯以二分之一额定速度运行，便于检修和观察扶梯机构的运动情况,克服了原系统额定速度点动停止不及时的不足。
　　(5)变频技术的采用大大降低了扶梯启动时对电网的冲击，保证了扶梯启动的平滑、舒适。可有效改善电网的功率因数，降低无功损耗。
　　2.系统硬件设计：系统采用光电传感器或压力传感器、PLC可编程序控制器与变频器的控制组合，具有功能强、改造工作量小等优点。下图为硬件接线图(图1)。
　　3.系统软件设计。(1)变量约定。
　　Q2.0-----电机正转Q2.1-----电机反转
　　Q2.2-----固定频率Q2.3-----固定频率
　　Q2.4-----故障复位Q2.6-----正向点动
　　Q2.7-----反向点动I2.4-----故障
　　I2.5-----零速I2.6-----报闸
　　(2)多段速频率的选择。
　　(3)变频器功能参数的设置。
　　(4)加减速模式的选择。变频器中的斜坡函数发生器用于当给定值是1个阶跃信号时去限制其加速度。它用于减小机械系统的压力。利用斜坡上升时间P1120和斜坡下降时间P1121，加速斜坡和制动斜坡可彼此独立设定。当给定值改变时，它允许一个可控制的过渡(见图2)。为了避免在过渡区中(恒速←→加速/制动)转矩的冲击，可使用可编程附加圆弧时间P1130～P1133。(见图3)扶梯正常上行时，以A-B-C曲线加速到目标速度，速度转换平滑(见图3)。其中，A阶段：高启动转矩。B阶段：具有S形加速曲线进行电机加速。C阶段：柔性加速功能。下行减速与加速相似。
　　二、节能分析
　　经过节能改造后，扶梯在降低速度的同时，变频器将按比例降低输出电压，从而大大降低了消耗的功率，有效节约了能源，降低了运行成本。经测定，扶梯在低速运行时所消耗的电能约为正常运转时的二分之一。以一台7.5千瓦的扶梯为例，假设扶梯每天运行10小时，改造前每天须用电75度，经过节能改造后每天用电量大约在35～55度之间，这样每年可省12700多度电。每度电按0.6元计算，则采用变频调速每年可节约电费7620元。可见，自动扶梯节能改造的设备费用与电能节约和机械磨损的费用相比，投入不大，投资回报率可观。
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。